年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)題匯報(bào)

1、年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)題匯報(bào)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)幕報(bào)告題目：年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)姓名：王曉曦學(xué)號(hào)：202208010326講師：李磊班級(jí)：化學(xué)123系：化學(xué)化工學(xué)院1陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)放報(bào)告年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)1概述碳酸二甲酯（dimethylcabonate）簡(jiǎn)稱(chēng)dmc，常溫時(shí)是一種無(wú)色透明、略有氣味、微甜的液體，熔點(diǎn)4，沸點(diǎn)90.1，密度1.069g/cm,難溶于水，但可以與醇、醚、酮等幾乎所有的有機(jī)溶劑混溶。dmc在常壓下和甲醇共沸，共沸溫度63.8。dmc毒性很低，是一種符合現(xiàn)代清潔工藝要求的環(huán)保型化工原料，因此dmc的合成技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外化工界

2、的廣泛重視。DMC具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)（ch3o-co-och3）和優(yōu)異的性能，因此有著非常廣泛的應(yīng)用。主要用作羰基化和甲基化試劑、汽油添加劑、合成聚碳酸酯（PC）的原料等。DMC的大規(guī)模生產(chǎn)是采用聚碳酸酯的非光氣合成工藝進(jìn)行的。32碳酸二甲酯市場(chǎng)現(xiàn)狀目前世界碳酸二甲酯的總生產(chǎn)能力約為17萬(wàn)t/a，產(chǎn)量和消費(fèi)量約為9萬(wàn)t/a，主要的生產(chǎn)企業(yè)十幾家。我國(guó)碳酸二甲酯的開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)80年代，早期的生產(chǎn)裝置均采用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的光氣法工藝路線(xiàn)，裝置規(guī)模在300500t/a之間，大多建在光氣生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)，產(chǎn)品以自產(chǎn)自用為主。20世紀(jì)90年代以后，對(duì)碳酸二甲酯的非光氣法生產(chǎn)工藝進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究，尤其是在酯交換法工

3、藝的研發(fā)方面投入了大量的人力、物力。我國(guó)已經(jīng)基本掌握了非光氣合成碳酸二甲酯的生產(chǎn)工藝，是目前世界上能生產(chǎn)碳酸二甲酯的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一。我國(guó)碳酸二甲酯生產(chǎn)企業(yè)有20多家，2002年生產(chǎn)能力2萬(wàn)t/a以上，產(chǎn)量約1萬(wàn)t/a。3碳酸二甲酯合成技術(shù)綜述dmc傳統(tǒng)的生產(chǎn)路線(xiàn)為光氣法，但是由于光氣的高毒性和腐蝕性以及氯化鈉排放的環(huán)保問(wèn)題而使得這一路線(xiàn)正逐漸被淘汰，普遍采用的合成路線(xiàn)有三種：以氯化銅或一氧化氮為催化劑的氧化羰基化反應(yīng)、碳酸丙烯酯與甲醇的酯交換反應(yīng)、尿素甲醇解反應(yīng)。3.1光氣法co+cl2cocl2（1）2ch3oh+cocl2ch3oc（o）och3+2hcl（2）2ch3ona+cocl2

4、ch3oc（o）och3+2nacl（3）它是合成dmc較早的方法，實(shí)際上是間接氧化羰基化過(guò)程。此法生產(chǎn)dmc的收率按甲醇計(jì)為90%，純度95%以上。ludo提出用甲醇鈉與co2反應(yīng)生成碳酸鈉甲酯，再以甲烷使其甲基化生成dmc。光氣法是一種傳統(tǒng)的合成方法，工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟。這些方法雖然DMC收率高，但存在操作周期長(zhǎng)、成本高、原料光氣劇毒、安全性差、運(yùn)輸不便、三廢量大等問(wèn)題，不符合新能源和環(huán)境的發(fā)展要求。目前，光氣法正逐漸被其他方法所取代，屬于消除法。3.2甲醇氧化羰基化法二年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)在該方法中，甲醇、CO和O2在催化劑作用下直接合成DMC。反應(yīng)式如下：co+1/2o2

5、+2ch3ohch3oc(o)och3+h2o根據(jù)使用的催化劑不同，主要有以下兩種不同的工藝路線(xiàn)。3.2.1液相法該法是以甲醇、co和氧氣為原料的均相反應(yīng)，cucl為催化劑。反應(yīng)分2步進(jìn)行:氧化反應(yīng)：2cucl+2ch3oh+1/2O2 2Cu（CH3O）Cl+H2O還原反應(yīng)：2Cu（CH3O）Cl+CO ch3oc（o）OCH3+2cucl3.2.2氣相法其化學(xué)原理與液相法相同。所用催化劑為pd-cl2和CuCl/C固體催化劑。反應(yīng)也分為兩步：氧化反應(yīng)：2No+2ch3oh+1/2O2 2ch3ono+H2O，還原反應(yīng)：CO+2ch3ono ch3oc（o）OCH3+2No氣相法目前仍處于試

6、驗(yàn)研究階段，常壓操作，生產(chǎn)穩(wěn)定性高，催化劑活性高，甲醇轉(zhuǎn)化率高，但是反應(yīng)中使用含氮氧化物，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且dmc與草酸二甲酯分離困難，催化劑比較貴，壽命達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。這些缺點(diǎn)限制了dmc工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。液相法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)安全性高，缺點(diǎn)是由于反應(yīng)副產(chǎn)物主要是水，水對(duì)催化劑影響較大，所以甲醇單程轉(zhuǎn)化率較低。另外，鹵化物催化劑中引入氯離子，腐蝕性強(qiáng)，催化劑壽命短。3.3酯交換酯交換法是以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯與甲醇酯交換反應(yīng)生產(chǎn)碳酸二甲酯，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)乙二醇或丙二醇。碳酸乙烯酯是以環(huán)氧乙烷與二氧化碳合成的，碳酸丙烯酯則是以環(huán)氧丙烷與二氧化碳合成的。3.3.1碳酸乙烯酯與甲醇酯

7、交換法（ch2o）2co+2ch3oh（ch3o）2co+hoch2ch2oh該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)原料環(huán)氧乙烷和副產(chǎn)品乙二醇的價(jià)格比較敏感。其生產(chǎn)能力受原料的豐富程度影響較大。3.3.2碳酸丙烯酯鈉（PC）與甲醇的酯交換反應(yīng)c4h6o3+2ch3oh(ch3o)2co+ch3chohch2oh一般來(lái)說(shuō)，酯交換法（以環(huán)氧化物為偶聯(lián)劑間接合成二氧化碳和甲醇）具有產(chǎn)率高、腐蝕性低、反應(yīng)條件溫和、工藝無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于丙二醇或乙二醇的聯(lián)合生產(chǎn)，仍然存在一些缺點(diǎn)，例如原料（環(huán)氧化物）的易燃性和爆炸性，生產(chǎn)成本容易受到市場(chǎng)的影響。3.4尿素醇解尿素醇解法以來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料

8、價(jià)廉易得、工藝簡(jiǎn)單和反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣可以回收利用等優(yōu)點(diǎn)，并且反應(yīng)過(guò)程無(wú)水生成，避免了甲醇2dmc2水復(fù)雜體系的分離問(wèn)題,使后續(xù)分離提純簡(jiǎn)單化，節(jié)省投資，尤其對(duì)現(xiàn)有化肥廠(chǎng)開(kāi)發(fā)三陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告下游產(chǎn)品具有吸引力，發(fā)展前景廣闊。通過(guò)尿素醇解合成碳酸二甲酯通常被認(rèn)為分兩步進(jìn)行。尿素合成碳酸二甲酯的主要工藝路線(xiàn)有三條：3.4.1尿素直接醇解合成碳酸二甲酯。反應(yīng)方程式如下：nh2conh2+2ch3oh(ch3o)2co+2nh3事實(shí)上，這是分兩步進(jìn)行的。尿素首先醇化為氨基甲酸甲酯，然后進(jìn)一步醇化為碳酸二甲酯。具體反應(yīng)如下：nh2conh2+ch3ohnh3cooch3+nh3nh2cooch

9、3+ch3oh(ch3o)2co+nh3在一定的反應(yīng)溫度和壓力下，尿素首先與醇分子反應(yīng)生成氨基甲酸酯化合物。然后，生成的氨基甲酸酯化合物在有機(jī)錫催化劑存在下與另一個(gè)醇分子反應(yīng)，形成碳酸二酯。兩步反應(yīng)的醇可以相同，也可以不同。氨基甲酸酯與第二反應(yīng)醇的摩爾比控制在2:110:1之間，反應(yīng)體系中碳酸二酯的質(zhì)量百分比控制在1%3%之間。該反應(yīng)過(guò)程中尿素轉(zhuǎn)化率高，選擇性好，具有良好的應(yīng)用前景和較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。3.4.2尿素一碳酸丙烯酯(或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路線(xiàn)該路線(xiàn)分為兩步：尿素與丙二醇反應(yīng)制備碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯與甲醇反應(yīng)制備碳酸二甲酯。碳酸丙烯酯與甲醇酯交換制備碳酸二甲酯是一個(gè)比較成熟的工藝，

10、其中碳酸丙烯酯的合成主要是二氧化碳與環(huán)氧丙烷的環(huán)加成反應(yīng)。3.4.3尿素-二苯基脲-苯氨基甲酸甲酯-碳酸二甲酯路線(xiàn)這條路線(xiàn)由三個(gè)連續(xù)的反應(yīng)組成。中間產(chǎn)品二苯基脲和苯氨基甲酸甲酯是重要的化工產(chǎn)品。反應(yīng)過(guò)程分為三個(gè)步驟。反應(yīng)方程式如下：nh2conh2+2phnh2phnhconhph+2nh3（1）phnhconhph+ch3ohphnhcooch3+phnh3（2）2phnhcooch3phnhconhph+(ch3o)2co（3）路線(xiàn)第一步和第二步的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量相對(duì)較高。在第三步中，當(dāng)原料苯氨基甲酸甲酯歧化反應(yīng)生成碳酸二甲酯時(shí)，也可以發(fā)生分解反應(yīng)生成苯異氰酸酯。在一定條件下，這兩種反應(yīng)是競(jìng)爭(zhēng)

11、反應(yīng)。選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件對(duì)提高苯氨基甲酸甲酯反應(yīng)的選擇性具有重要的理論意義。然而，該路線(xiàn)步驟多，設(shè)備投資大，工業(yè)化難度大。4本設(shè)計(jì)采用的工藝路線(xiàn)尿素醇解法最明顯的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有水，消除了DMC-甲醇-水共沸體系的后續(xù)分離。這是最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。雖然上述三種方法都有許多問(wèn)題需要解決，但出于經(jīng)濟(jì)和原料的考慮，它們有望取代現(xiàn)有的酯交換工藝。尿素醇解的原料尿素和甲醇的生產(chǎn)工藝在中國(guó)已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)量巨大，因此原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。在尿素生產(chǎn)中使用二氧化碳可以減少溫室效應(yīng)。因此，我們選擇尿素醇解作為本廠(chǎng)合成碳酸二甲酯的工藝方案。本廠(chǎng)采用的尿素醇解法流程：來(lái)自總廠(chǎng)的尿素和甲醇在混合釜中進(jìn)行

12、充分的混合，四年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)然后進(jìn)入常壓反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物氨基甲酸甲酯，經(jīng)蒸餾塔分離。塔底產(chǎn)物，即氨基甲酸甲酯、尿素混合物和極少量甲醇，進(jìn)入碳酸二甲酯反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)后，碳酸二甲酯混合氣經(jīng)蒸餾塔冷凝預(yù)分離，除去部分甲醇，然后萃取，使甲醇完全分離，含有碳酸二甲酯的萃取相經(jīng)蒸餾塔分離碳酸二甲酯，得到最終產(chǎn)品。反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氨和甲醇的混合物被不斷添加的氮?dú)夂图状紟ё?。分離后的氨氮混合物進(jìn)入總廠(chǎng)合成氨，甲醇返回儲(chǔ)罐作為原料重復(fù)使用。在每個(gè)步驟中分離的尿素、萃取劑和催化劑被抽回并重新使用。5任務(wù)完成的階段及時(shí)間安排1-3周：熟悉主題，收集資料，完成開(kāi)場(chǎng)報(bào)告及相關(guān)文件的

13、準(zhǔn)備。到相關(guān)廠(chǎng)家參觀(guān)實(shí)習(xí)，收集相關(guān)參數(shù)，主要包括碳酸二甲酯的工藝參數(shù)，4-6周原料的選擇和規(guī)格，原料配比，原料轉(zhuǎn)化率，中間產(chǎn)品和產(chǎn)品的收率，了解碳酸二甲酯制備方法的生產(chǎn)工藝和流程，了解相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的選型規(guī)定和選型的相關(guān)要求，熟悉廠(chǎng)區(qū)車(chē)間布置和擬建廠(chǎng)址的氣象、自然條件。6-10周：對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行工藝計(jì)算、選型及相關(guān)計(jì)算，對(duì)工廠(chǎng)建設(shè)投資進(jìn)行估算，對(duì)產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行預(yù)算，比較產(chǎn)品規(guī)格的國(guó)標(biāo)要求，確定產(chǎn)品質(zhì)量。使用相關(guān)繪圖軟件繪制工藝流程圖、車(chē)間布置圖（分層表示）、車(chē)間立面圖（11-14周：（必要時(shí)用剖面圖表示）、廠(chǎng)房布置圖等。工藝流程圖應(yīng)涵蓋主要工藝設(shè)備，并正確標(biāo)明設(shè)備的型號(hào)和規(guī)格。15-17周：18周：根據(jù)畢業(yè)